STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Mathematics (Toán học) (Sanders M., 2009) để nói đến 4 môn học trong chương trình giáo dục phổ thông. Ở các quốc gia khác nhau, tùy thời kì mà những môn học này được dạy theo những cách khác nhau, có thể là dạy đơn môn hoặc là dạy tích hợp để đáp ứng mục tiêu giáo dục của mỗi quốc gia.
Theo (Lê Xuân Quang, 2017), giáo dục STEM là một quan điểm dạy học tích hợp theo hướng tiếp cận liên ngành từ hai trong các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trở lên. Trong đó nội dung học tập được gắn với thực tiễn, phương pháp dạy học theo quan điểm dạy học định hướng hành động
Hiện nay, thuật ngữ STEM được dùng trong 2 ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp.
Trong ngữ cảnh giáo dục, STEM thể hiện sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM, hoạt động STEM, …
Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, ví dụ như các nhóm ngành về Vật Lý, Hóa Học, Sinh học; CNTT; Y sinh; Kỹ thuật; Điện tử và Truyền Thông, …
Bên cạnh hình thức giáo dục STEM “cơ bản” như trên thì người ta còn bổ sung thêm một số lĩnh vực để hình thành các quan điểm STEM “mở rộng” (STEM+) khác như STEAM (+ Art: Nghệ thuật), STREM (+ Reading and Writing: Đọc viết hoặc + Robotics: Người máy hoặc + Religion: Tôn giáo), STEMM (+ Medicine: Y học), STREAM (+ Art và Reading and Writing hoặc + Art và Robotics hoặc + Art và Religion), eSTEM (+ environment: Môi trường), …
Dù là STEM cơ bản hay mở rộng thì quan điểm dạy học tích hợp STEM luôn mang ba đặc trưng quan trọng là tích hợp, thực hành và sản phẩm mang tính vật chất.
Tích hợp bao gồm hai quá trình. Thứ nhất, giáo dục STEM là một giải pháp tiếp cận tích hợp liên ngành tạo ra sự kết hợp hài hòa giữa các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán Học. Thứ hai, sau khi tích hợp các lĩnh vực khoa học, quan điểm dạy học tích hợp STEM sẽ gắn các kiến thức đó vào thực tiễn thông qua việc đặt vấn đề, tình huống trong đời sống và yêu cầu học sinh giải quyết. Điều này giúp việc học trở nên có ý nghĩa hơn, tăng tính hấp dẫn, giúp học sinh hiểu nhiều hơn về kiến thức, đồng thời còn giúp học sinh hình thành và phát triển các kỹ năng, năng lực và phẩm chất cần thiết.
Bên cạnh đó, theo quan điểm giáo dục STEM, học phải đi đôi với hành. Thông qua việc học sinh tự mình làm các thí nghiệm, tự tay thiết kế, lắp ráp các mô hình, học sinh sẽ tiếp thu, đúc kết được kiến thức từ chính kinh nghiệm của bản thân khi thực hành chứ không phải từ lý thuyết trong sách vở. Khi đó, học sinh sẽ hiểu rõ và nhớ kiến thức đó lâu hơn.
Và đặc trưng cuối cùng của quan điểm dạy học tích hợp STEM là học sinh sẽ đóng vai là những “kỹ sư” để thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm từ những kiến thức đã học. Điều này thể hiện rằng sản phẩm đầu ra của giáo dục STEM mang tính vật chất.
Trong thực tiễn dạy học, do nhiều yếu tố khách quan và chủ quan, việc tổ chức giáo dục STEM trong trường học có thể sẽ thiếu một trong bốn lĩnh vực khoa học STEM, hoặc thiếu một trong ba đặc trưng được trình bày ở trên hay còn gọi là STEM “khuyết”. Ví dụ, nếu hoạt động STEM không kết thúc bằng một sản phẩm mô hình nghĩa là lĩnh vực “Kỹ thuật” và đặc trưng “sản phẩm mang tính vật chất” đã bị khuyết. Tuy nhiên, dù là STEM “đầy đủ” hay “khuyết” thì định hướng chính của giáo dục STEM vẫn là tích hợp các lĩnh vực khoa học, áp dụng vào thực tế cuộc sống giúp phát triển các kỹ năng, năng lực và phẩm chất cho học sinh nhằm hướng tới ba mục tiêu chính của giáo dục STEM.
Theo (Nguyễn Thanh Nga (chủ biên), Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, 2017), mục tiêu chính của giáo dục STEM là phát triển năng lực đặc thù STEM, phát triển năng lực cốt lõi và định hướng nghề nghiệp.
Mục tiêu đầu tiên, quan điểm giáo dục STEM hướng đến hình thành và phát triển các năng lực thuộc lĩnh vực khoa học STEM như biết tính toán, vận dụng
các kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn, biết sử dụng, quản lý và truy cập công nghệ thông tin, biết quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm.
Ngoài các năng lực đặc thù STEM, học sinh còn được chuẩn bị những kỹ năng, năng lực và phẩm chất của thế kỷ 21 – thế kỷ của nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu, của công nghệ 4.0 và hội nhập quốc tế.
Và định hướng nghề nghiệp là mục tiêu cuối cùng mà quan điểm dạy học tích hợp STEM hướng tới. Bên cạnh việc hình thành và phát triển các năng lực cốt lõi, nền tảng cho học sinh, giáo dục STEM còn mang đến cho người học cơ hội tiếp xúc với nhiều ngành nghề trong cuộc sống, trải nghiệm để tìm ra sở trường, đam mê của bản thân. Học sinh sẽ hình thành và phát triển năng lực hướng nghiệp với các năng lực thành phần như năng lực nhận biết bản thân, năng lực nhận thức nghề nghiệp và năng lực xây dựng kế hoạch nghề nghiệp. Việc học sinh tìm được nghề nghiệp phù hợp với năng lực, sở thích và hoàn cảnh của bản thân cũng rất quan trọng, khi đó năng lực, phẩm chất của học sinh mới được phát huy một cách tối đa và hiệu quả.
Và để trở thành lực lượng lao động có đủ phẩm chất và năng lực, học sinh cần phải chuẩn bị cho mình hành trang đầy đủ kiến thức, kỹ năng và năng lực ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường. Thế nên, thực tế cho thấy quan điểm dạy học chủ đề tích hợp STEM đang là quan điểm giáo dục phù hợp với nền kinh tế và giáo dục hiện nay của nước ta.
Theo (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2019), giáo dục STEM ở nước ta lấy chu trình STEM (Hình 1.2) để xây dựng bài học. Trong đó, Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết vấn đề; Math là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với người khác.
Hình 1.2. Chu trình STEM (Bộ Giáo dục và Đào tạo, 2019)
“Science” trong chu trình STEM được mô tả bởi mũi tên từ “Technology” sang “Knowledge” thể hiện “quy trình “sáng tạo khoa học”. Nghĩa là với “Công nghệ” hiện tại, chưa đủ đáp ứng nhu cầu, các “nhà khoa học” cần phải tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ, đây chính là câu hỏi, vấn đề khoa học. Mà câu trả lời khoa học hoặc cách giải quyết vấn đề khoa học sẽ phát minh ra các “Kiến thức” khoa học mới.
Ngược lại, “Engineering” trong chu trình STEM là mũi tên từ “Knowledge” sang “Technology” thể hiện quy trình “kỹ thuật”. Nghĩa là bằng cách sử dụng các “Kiến thức” khoa học hiện tại, các “kỹ sư” sẽ thiết kế, sáng tạo ra “Công nghệ” mới. Rồi nếu “Công nghệ” đó vẫn chưa đạt yêu cầu thì các “nhà khoa học” lại thông qua quy trình “sáng tạo khoa học” nghiên cứu, tìm tòi ra “Kiến thức” mới.
Hai quy trình tiếp nối nhau, khép kín hình thành chu trình “sáng tạo khoa học – kỹ thuật” theo mô hình “xoáy ốc” mà cứ sau mỗi chu trình thì lượng “Kiến thức” khoa học lại tăng lên cùng với “Công nghệ” phát triển ở trình độ cao hơn.
Việc dạy học theo chu trình STEM có thể thực hiện thông qua bài học STEM, môn học STEM, chủ đề tích hợp STEM, ….